槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究

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1、万方数据第30卷第9期2009年9月太阳能学报AI四AENERGLAESOIA刚【SSINlCAV01．30．No．9Sep．，2009槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究韩崇巍，季杰，何伟，裴刚(中国科学技术大学热科学和能源工程系，合肥230026)摘要：建立了槽式抛物面太阳能聚焦集热器(PI℃)的一维、非稳态传热模型，给出了沿轴线的光强分布公式，对眦的热性能进行了数值模拟，并与实验结果进行了比较，模拟结果与实验结果的误差在4．6l％以内，两者吻合较好，验证了模型的合理性。对采用不同形式集热器的太阳能双效吸收式制冷系统的性能进行了分析对比，结果显示，采用PI℃的太阳能吸收式制冷系

2、统具有最佳的系统性能。关键词：槽式抛物面太阳能聚焦集热器；模型；实验对比；太阳能制冷中图分类号：粥13文献标识码：AO引言与平板型太阳集热器和真空管型太阳集热器相比，眦具有反映灵敏、集热效率高、工作流体出口温度高等优点⋯，但因需要有跟踪系统控制集热器跟踪太阳，使其造价较高。目前，PrC主要应用于采暖、空调、发电、海水淡化等生产和生活领域。许多学者对PI℃的光热性能进行了理论和实验研究。Dudley等怛。对LS．2型Pl℃进行了实验测试，并根据实验结果拟合出了集热器的热效率关系式，但该效率关系式仅适用于工作流体为11leHninolVP．1(一种合成导热油)的情况。odehSD等b]

3、对Ls2型P11C进行了热损分析，给出了基于吸热管温度的热效率关系式，该热效率公式适用于任何工作流体的情况。EskinⅣ41引入拦截因子用于计算集热管所接收到的太阳辐射，对PI℃的各部分分别建立了能量平衡方程，重点研究了工作流体的质鼍流量对集热器能鼍效率的影响，但并没有具体介绍拦截因子的计算方法。王志峰[5]对单轴跟踪PI℃进行了光学分析，对集热管内流体的混合对流和传热过程进行了探讨，并进行了实验验证。刘毓伟等161对以镜面不锈钢板为反光材料的PI℃的能量效率进行了研究，分析了光学效率、热损失对能量效率的影响。陈维等∽】对抛物柱面的几种跟踪方式的光学性能以及纬度对各种跟踪方式光学性

4、能的影响进行了研究。本文建立了PTc的一维、非稳态传热模型，分析了光强沿集热管的轴向分布情况，对眦的热性能进行了数值模拟，并将模拟结果与实验结果进行了比较。利用所建立的m传热模型，对采用PTC的太阳能吸收式制冷系统的性能进行了计算，并与采用其它形式集热器的太阳能吸收式制冷系统的性能进行了分析对比。1结构及工作过程如图l所示，PI℃主要由抛物柱面反射板和真空集热管组成。真空集热管的轴线置于抛物柱面的焦线上，外管材料为玻璃，内管材料一般为铜或钢，内管外表面涂有选择性吸收涂层。集热器由跟踪系统驱动，跟踪太阳，利用抛物面的聚光性质把太阳直射光线反射聚焦到真空集热管上，真空集热管吸收太阳能并

5、传给工作流体，工作流体由泵驱动循环(图2)。图l槽式抛物面太阳能聚焦集热器结构示意图Fig．1sch伽∞0f徉Ⅱ幽lic咖曲sol盯concenm狮r收稿日期：2008-01。30基金项目：安徽省自然科学基金(cr70414161)通讯作者：季杰(1963一)，男，博士、教授，主要从事太阳能利用方面的研究。．iiiie@u越c．edu．∞万方数据9期韩崇巍等：槽式抛物面太阳能聚焦集热器的理论研究图2槽式抛物面太阳能聚焦集热系统不恿图Fig．2ScheIl解ofpamb出c咖ugIlsotarconoen蛐rsyB￡em2理论模型假设：1)玻璃外管、吸热管和工作流体只考虑沿轴向的温度

6、梯度，同一截面七温度均匀一致；2)玻璃外管和吸热管之间的区域高度真空，忽略对流换热；3)忽略玻璃外管和抛物柱面反射板之间的辐射换热。2．1跟踪角度对于水平放置、单轴跟踪的兀℃，要把太阳直射光线反射聚焦到真空集热管上，需满足条件[7】：t卸卢。=sin(yd。一7。)／t趴口。(1)式中，卢。——抛物柱面开口面的倾角；7商。——真空集热管的方位角；y。——太阳方位角；口。——太阳高度角。2．2真空集热管接收到的太阳辐射能真空集热管接收到的太阳辐射的辐照强度k由4部分组成[8’9]：，廿=，b．t+，d，t+，b．，+，d，，(2)1)真空集热管接收的太阳直射辐照强度，。．．[10]，

7、b．t=，bcos口b．曲(3)式中，，。——太阳直射辐照强度，w，m2；口。蕊——太阳直射光线对真空集热管轴线的入射角¨0。。2)真空集热管接收的太阳漫射的辐照强度，¨，d’I=，d．。7cFls(4)式中，，d．。——抛物柱面开口面接收的太阳漫射辐照强度，w，m2；F鸭——真空集热管对天空的视角系数。3)真空管接收的由反射板反射聚焦的太阳直射辐射的辐照强度，。．，，b．，=o，o≤菇≤(日+‰)tan钆。悬[4厕以，。】，㈤(H+‰)咖钆。<戈<(日+品)tan钆